梯度纳米晶Cu的疲劳性能和循环变形机理研究
发布时间：2024-12-06 23:28
约90%的金属结构件在服役过程中发生疲劳失效,提高金属材料的抗疲劳损伤性能对保障其安全服役具有重要意义。传统均匀结构金属材料普遍表现出高周疲劳强度和低周疲劳寿命的倒置关系,这与其拉伸强度-塑性的倒置及循环塑性应变局域化密切相关。粗晶(CG)材料疲劳极限低,但疲劳寿命高,而超细晶(UFG)材料疲劳极限明显提高,但疲劳寿命有限。梯度纳米晶(GNG)结构是一种表面纳米晶逐渐过渡到芯部粗晶的晶粒尺寸呈空间梯度分布的特殊结构,表现出良好的强塑性匹配和优异的高低周综合疲劳性能。这种多尺度非均匀结构的微观结构参数众多,如梯度纳米晶体积分数、芯部微观结构、梯度顺序及结构梯度大小等,然而,复杂结构参数对疲劳性能及循环变形行为的影响规律目前还不清楚。此外,梯度纳米材料的疲劳研究多集中在对称拉-压加载条件下,而实际服役中更普遍发生的非对称疲劳行为也不清楚。本工作利用表面机械碾磨处理制备了三类梯度纳米晶纯Cu样品,系统研究了梯度纳米晶表层体积分数和芯部基体微观结构对梯度纳米晶Cu疲劳性能和循环变形的影响,以及梯度纳米晶/粗晶(GNG/CG)Cu的非对称拉-压高周疲劳行为。主要结果如下:1.梯度纳米晶体积分数对G...
【文章页数】：143 页
【学位级别】：博士
【文章目录】：
摘要
Abstract
第一章 绪论
1.1 传统均匀结构金属的疲劳行为
1.1.1 粗晶材料的疲劳性能及机理
1.1.2 超细晶材料的疲劳性能及机理
1.2 多尺度非均匀结构金属的疲劳行为
1.2.1 双峰结构材料的疲劳
1.2.2 柱状纳米孪晶结构材料的疲劳
1.2.3 多尺度亚稳纳米层片结构材料的疲劳
1.3 梯度纳米结构材料的制备及力学行为
1.3.1 梯度纳米结构材料的概念
1.3.2 梯度纳米结构材料的制备方法
1.3.3 梯度纳米结构材料的力学性能及变形机制
1.4 梯度纳米结构材料的疲劳行为研究进展
1.4.1 梯度纳米结构材料的疲劳性能
1.4.2 梯度纳米结构材料的循环变形
1.4.3 梯度纳米结构材料的损伤行为
1.5 本论文研究目的及研究内容
第二章 样品制备与实验方法
2.1 样品制备及原理
2.1.1 实验材料
2.1.2 表面机械碾磨处理
2.2 微观结构表征方法
2.2.1 扫描电子显微镜
2.2.2 透射电子显微镜
2.2.3 激光共聚焦显微镜
2.2.4 X射线衍射分析
2.3 力学性能实验方法
2.3.1 显微硬度测量
2.3.2 准静态单向拉伸实验
2.3.3 疲劳实验
第三章 梯度纳米晶表层体积分数对GNG/CG Cu疲劳行为的影响
3.1 引言
3.2 实验结果
3.2.1 制备态样品的微观结构
3.2.2 拉伸性能
3.2.3 高周疲劳性能
3.2.4 高周疲劳微观结构及表面损伤
3.2.5 低周疲劳性能
3.2.6 低周疲劳微观结构及表面损伤
3.3 分析与讨论
3.3.1 梯度纳米晶表层体积分数对高周疲劳的影响
3.3.2 梯度纳米晶表层体积分数对低周疲劳的影响
3.3.3 优化的高低周综合疲劳性能
3.4 本章小结
第四章 梯度纳米晶Cu的非对称高周疲劳行为
4.1 引言
4.2 实验结果
4.2.1 滞后环演化
4.2.2 循环棘齿变形
4.2.3 疲劳微观结构
4.2.4 疲劳表面损伤形貌
4.2.5 疲劳性能
4.3 分析与讨论
4.3.1 平均应力对疲劳行为的影响
4.3.2 最大应力对疲劳行为的影响
4.3.3 最小应力对疲劳行为的影响
4.3.4 残余压应力对疲劳行为的影响
4.3.5 非对称加载对疲劳寿命的影响
4.4 本章小结
第五章 芯部位错胞结构对梯度纳米晶Cu疲劳行为的影响
5.1 引言
5.2 实验结果
5.2.1 制备态样品的微观结构
5.2.2 拉伸性能
5.2.3 高周疲劳性能
5.2.4 高周疲劳微观结构及表面损伤
5.2.5 低周疲劳性能
5.2.6 低周疲劳微观结构及表面损伤
5.3 分析与讨论
5.3.1 位错胞基体对高周疲劳极限的影响
5.3.2 表面梯度纳米晶层对高周疲劳比的影响
5.3.3 位错胞基体对低周疲劳寿命的影响
5.3.4 优异的疲劳极限与过渡寿命匹配
5.4 本章小结
第六章 全文总结
参考文献
致谢
在读期间发表的学术论文与取得的其他成果
作者简介
本文编号：4014425
【文章页数】：143 页
【学位级别】：博士
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摘要
Abstract
第一章 绪论
1.1 传统均匀结构金属的疲劳行为
1.1.1 粗晶材料的疲劳性能及机理
1.1.2 超细晶材料的疲劳性能及机理
1.2 多尺度非均匀结构金属的疲劳行为
1.2.1 双峰结构材料的疲劳
1.2.2 柱状纳米孪晶结构材料的疲劳
1.2.3 多尺度亚稳纳米层片结构材料的疲劳
1.3 梯度纳米结构材料的制备及力学行为
1.3.1 梯度纳米结构材料的概念
1.3.2 梯度纳米结构材料的制备方法
1.3.3 梯度纳米结构材料的力学性能及变形机制
1.4 梯度纳米结构材料的疲劳行为研究进展
1.4.1 梯度纳米结构材料的疲劳性能
1.4.2 梯度纳米结构材料的循环变形
1.4.3 梯度纳米结构材料的损伤行为
1.5 本论文研究目的及研究内容
第二章 样品制备与实验方法
2.1 样品制备及原理
2.1.1 实验材料
2.1.2 表面机械碾磨处理
2.2 微观结构表征方法
2.2.1 扫描电子显微镜
2.2.2 透射电子显微镜
2.2.3 激光共聚焦显微镜
2.2.4 X射线衍射分析
2.3 力学性能实验方法
2.3.1 显微硬度测量
2.3.2 准静态单向拉伸实验
2.3.3 疲劳实验
第三章 梯度纳米晶表层体积分数对GNG/CG Cu疲劳行为的影响
3.1 引言
3.2 实验结果
3.2.1 制备态样品的微观结构
3.2.2 拉伸性能
3.2.3 高周疲劳性能
3.2.4 高周疲劳微观结构及表面损伤
3.2.5 低周疲劳性能
3.2.6 低周疲劳微观结构及表面损伤
3.3 分析与讨论
3.3.1 梯度纳米晶表层体积分数对高周疲劳的影响
3.3.2 梯度纳米晶表层体积分数对低周疲劳的影响
3.3.3 优化的高低周综合疲劳性能
3.4 本章小结
第四章 梯度纳米晶Cu的非对称高周疲劳行为
4.1 引言
4.2 实验结果
4.2.1 滞后环演化
4.2.2 循环棘齿变形
4.2.3 疲劳微观结构
4.2.4 疲劳表面损伤形貌
4.2.5 疲劳性能
4.3 分析与讨论
4.3.1 平均应力对疲劳行为的影响
4.3.2 最大应力对疲劳行为的影响
4.3.3 最小应力对疲劳行为的影响
4.3.4 残余压应力对疲劳行为的影响
4.3.5 非对称加载对疲劳寿命的影响
4.4 本章小结
第五章 芯部位错胞结构对梯度纳米晶Cu疲劳行为的影响
5.1 引言
5.2 实验结果
5.2.1 制备态样品的微观结构
5.2.2 拉伸性能
5.2.3 高周疲劳性能
5.2.4 高周疲劳微观结构及表面损伤
5.2.5 低周疲劳性能
5.2.6 低周疲劳微观结构及表面损伤
5.3 分析与讨论
5.3.1 位错胞基体对高周疲劳极限的影响
5.3.2 表面梯度纳米晶层对高周疲劳比的影响
5.3.3 位错胞基体对低周疲劳寿命的影响
5.3.4 优异的疲劳极限与过渡寿命匹配
5.4 本章小结
第六章 全文总结
参考文献
致谢
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作者简介
本文编号：4014425
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